CN107144268A - 基于dlp器件的轮胎成型机用激光标线装置及其校准方法 - Google Patents

基于dlp器件的轮胎成型机用激光标线装置及其校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电气设备及电气工程技术领域，尤其涉及一种基于DLP器件的轮胎成型机用激光标线装置，包括主控CPU控制单元、DLP数字控制单元、红绿蓝三基色激光电源、红绿蓝三基色激光灯、DMD数字微镜成像单元、光学投影成像镜头以及多路输出直流稳压电源。本装置采用DLP光学成像投影方法取代机械传动投影方法，响应速度可以达到毫秒级，激光标线具备高速定位能力，从根本上克服了机械传动式激光标线方法响应速度慢的缺点，可以满足新型轮胎成型机对激光标线器高响应速度的技术要求，达到提高成型机单班成品数量的目的。

Description

基于DLP器件的轮胎成型机用激光标线装置及其校准方法
技术领域
本发明涉及电气设备及电气工程技术领域，尤其涉及一种基于DLP器件的轮胎成型机用激光标线装置及其校准方法。
背景技术
如图5所示，原有装置采用左中右共3个激光灯，其中把中间位置的激光灯定义为零位激光灯，该激光灯固定不动，作为零位标线，左右位置的2个激光灯与机械传动机构相连，由电动机的正反转运动改变左右激光灯的标线位置，左中右3个激光灯会在轮胎成型机的工作面上投射出3条平行的激光标线，从而作为对轮胎成型机上料及贴合工序操作质控的基准线。原有装置采用2组电源供电，其中的直流电源负责给控制电路和电机驱动电路提供稳定的直流电压，左中右共3个激光灯由专用的激光灯电源提供恒流源，控制电路接收来自轮胎成型机主控制器(PLC或工控机)现场总线的命令数据，计算出左右2个激光灯的标线位置数据，给驱动电路发出控制脉冲信号，控制电动机的正反转运动，并接收来自位置传感器的实时位置反馈信号，实现与轮胎成型机主控制器总线联网功能和激光标线准确定位功能。
校准方法具体步骤如下：
①将激光标线装置安装在轮胎成型机工作面上方的龙门架位置，通过调整装置的安装固定螺栓来保证激光标线装置与成型机工作面之间的机械平行度。
②激光标线装置上电，装置自检完毕后，左中右3个激光灯开始工作，在轮胎成型机的工作面上投射出3条平行的激光标线，通过调整装置的激光灯座固定螺栓来保证3条激光标线的平行度。
③激光标线装置接收来自轮胎成型机主控制器(PLC或工控机)现场总线的命令数据，电动机通过机械传动机构带动左右2个激光灯走到定位宽度。
④安装人员现场测量出成型机工作面内激光标线的实际定位宽度LA，并根据现场总线的命令定位宽度L0计算出该定位宽度下的校准值ΔL＝LA-L0
⑤根据轮胎成型机对激光标线装置定位宽度数组元素数目N的工艺要求，重复执行③-④步骤N次，得到一个对应于N个定位宽度下的包含N个数组元素的校准值ΔL[N]列表。
⑥根据校准值ΔL[N]列表数组修改轮胎成型机主控制器(PLC或工控机)程序，将校准后的命令定位宽度LB经现场总线传送给激光标线装置。
现有的校准方法存在以下缺点：
①根据轮胎成型机对激光标线装置定位宽度数组元素数目N的工艺要求，需要安装人员现场测量出成型机工作面内激光标线的N个实际定位宽度L数值，安装人员现场手工测量的数据量较大，手工测量的人为因素很难保证数据准确度和数据精度。
②需要安装人员现场根据校准值ΔL[N]列表数组修改轮胎成型机主控制器(PLC或工控机)程序，为了实现校准激光标线装置定位宽度的功能，每一台轮胎成型机主控制器程序都必须在安装现场修改，加大了设备安装和后期维修保养的难度。
③机械传动机构长期运行存在磨损问题，会造成工作面内激光标线的实际定位宽度LA数值发生改变，需要定期进行校准，存在费工费时的问题，直接影响轮胎成型机的生产效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种基于DLP器件的轮胎成型机用激光标线装置及其校准方法，从根本上解决上述机械传动式激光标线方法固有缺陷的技术目的。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种基于DLP器件的轮胎成型机用激光标线装置，其特征在于:包括主控CPU控制单元、DLP数字控制单元、红绿蓝三基色激光电源、红绿蓝三基色激光灯、DMD数字微镜成像单元、光学投影成像镜头以及多路输出直流稳压电源；
所述主CPU控制单元用于接收轮胎成型机主控制器发来的现场总线命令数据，并根据该命令数据计算出激光标线的投影图案数字视频原始数据；
所述DLP数字控制单元用于接收主CPU控制单元的数字视频原始数据，生成DMD数字微镜成像单元所需要的数据信号和控制信号，并驱动DMD数字微镜成像单元工作，同时DLP数字控制单元还用于控制所述红绿蓝三基色激光电源的输出状态，驱动所述红绿蓝三基色激光灯工作，在所述DMD数字微镜成像单元上显示出高清晰度的数字视频原始图像；
所述光学投影成像镜头用于接收DMD数字微镜成像单元的数字视频原始图像并生产所需要的投影图案，输出到轮胎成型机的工作面上；
所述多路输出直流稳压电源用于为主控CPU控制单元、DLP数字控制单元、红绿蓝三基色激光电源、DMD数字微镜成像单元分别供电。
优选地，所述DLP数字控制单元由主控制器和从控制器构成，每个控制器各独自配置并行闪存，主控制器和从控制器共同生成所述DMD数字微镜成像单元所需要的数据信号和控制信号。
一种基于DLP器件的轮胎成型机用激光标线校准方法，其特征在于：包括以下步骤：①将上述权利要求1和2的激光标线装置安装在轮胎成型机工作面上方的龙门架位置，通过调整装置的安装固定螺栓来保证激光标线装置与成型机工作面之间的机械平行度；
②将高分辨率工业相机安装在轮胎成型机工作面上方的龙门架位置，通过调整相机的安装固定螺栓来保证高分辨率工业相机与成型机工作面之间的机械平行度；
③激光标线装置上电，装置自检完毕后，在轮胎成型机工作面上投射出3条平行的激光标线，通过调整装置的光学投影镜头来保证3条激光标线的成像清晰度；
④安装人员在轮胎成型机工作面安装3个MARK点，其中MARKORG＝轮胎成型机工作面坐标原点标记，MARKXMAX＝轮胎成型机工作面X轴坐标最大值标记，MARKYMAX＝轮胎成型机工作面Y轴坐标最大值标记；
⑤高分辨率工业相机上电，安装人员按下激光标线装置的校准按钮，标线装置进入自动校准状态，根据DMD器件的数字微镜成像平面的X轴像素最大值DLPXMAX和Y轴像素最大值DLPYMAX，逐点依次点亮N个像素点(N＝DLPXMAX*DLPYMAX)，其间每点亮1个像素点后，标线装置就会由通讯电缆给高分辨率工业相机发送捕捉命令，高分辨率工业相机会将该像素点的成像坐标(XCPIXEL，YCPIXEL)回传给标线装置；
⑥自动校准状态结束后，激光标线装置会收到数字微镜成像平面N个像素点(N＝DLPXMAX*DLPYMAX)的成像坐标(XCPIXEL，YCPIXEL)数据，该数据为包含N个元素的2维数组，激光标线装置会收到3个MARK点的成像坐标(XCORG，YCORG)、(XCXMAX，YCXMAX)、(XCYMAX，YCYMAX)数据，标线装置会根据上述数值自动计算出每一个数字微镜成像平面像素点在轮胎成型机工作面上的实际成像坐标(XBPIXEL，YBPIXEL)；
⑦将N个实际成像坐标(XBPIXEL，YBPIXEL)N保存在DLP激光标线装置中，当装置接收到轮胎成型机主控制器发来的现场总线命令数据后，就可以根据(XBPIXEL，YBPIXEL)N数组选定需要点亮的DMD微镜像素点，形成DMD微镜面原始图像，再经光学成像镜头投影到轮胎成型机工作面上，显示出准确的激光标线图像。
本发明的有益效果是:本装置具有以下优点：
①新方法不存在机械传动机构，长期运行没有磨损问题，基本不需要润滑和校准。
②新方法采用DLP光学成像投影方法取代机械传动投影方法，响应速度可以达到毫秒级，激光标线具备高速定位能力，从根本上克服了机械传动式激光标线方法响应速度慢的缺点，可以满足新型轮胎成型机对激光标线器高响应速度的技术要求，达到提高成型机单班成品数量的目的。
③新方法可以用软件很方便地生成任意颜色的激光标线，维护人员不需要更换不同颜色的激光灯，免除了激光灯更换及准直度调整工序，能够提高轮胎成型机的生产效率。
④新方法可以用软件很方便地实现激光标线的同步及异步开合功能，不需要更换任何硬件。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明的电路原理图；
图3为本发明的校准方法原理图；
图4为本发明的工作流程图；
图5为现有技术的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1所示，一种基于DLP器件的轮胎成型机用激光标线装置，包括主控CPU控制单元、DLP数字控制单元、红绿蓝三基色激光电源、红绿蓝三基色激光灯、DMD数字微镜成像单元、光学投影成像镜头以及多路输出直流稳压电源；主控CPU控制单元(HOST CPU)内部的CPU CORE负责接收轮胎成型机主控PLC的现场总线(FIELD BUS)命令信号，并生成总线应答信号，实现总线实时通讯功能，同时CPU CORE还需要根据现场总线命令数据计算出激光标线的投影图案数字视频原始数据，并通过HOST CPU内部的HDMI模块和DP模块发送给数字视频接收器(DIGITALRECEIVER)，DIGITAL RECE IVER将该数字视频解码后发送视频数据信号给现场可编程门阵列(FPGA)电路，FPGA产生DLP数字控制单元所需要的数据信号(MP1-ABC、MP2-ABC、SP1-ABC、SP2-ABC)和控制信号(MP1-CLK、MP1-SYNC、SP1-CLK、SP1-SYNC)，DLP数字控制单元由主控制器(DLP MASTER CONTROL)和从控制器(DLP SLAVE CONTROL)共2个控制电路构成，其中DLPMASTER CONTROL接收HOST CPU的USB和I2C控制数据，DLP SLAVE CONTROL通过SCL0\SDA0接收DLP MASTER CONTROL的控制数据，每个DLP数字控制器各自独立配置并行闪存(PARALLELFLASH)，使用JTAG调试器，DLP MASTER CONTROL和DLP SLAVE CONTROL共同生成数字微镜成像单元(DMD DEVICE)所需要的数据信号(DMD-A/B)和控制信号(SSP)，并通过FLEX电缆驱动DMD DEVICE工作，同时DLP MASTER CONTROL还生成RGB-EN信号和RGB-PWM信号，用于控制红绿蓝三基色激光电源的输出状态，驱动三基色激光灯工作，从而在DMD微镜器件上显示出高清晰度的数字视频原始图像。图3中的电源管理(POWER MANGEMENT)模块负责给HOST CPU、DLP MASTER CONTROL(DLP-M)、DLP SLAVE CONTROL(DLP-S)、FPGA、PARALLEL FLASH和激光灯(LASER)电源提供所需的各种规格直流电压。
如图3所示，①A平面为数字光处理DLP激光标线装置内部的DMD数字微镜成像器件镜面，B平面为A平面经光学成像镜头投影到轮胎成型机工作面上的激光标线显示面，C平面为高分辨率工业相机检测区域，其中C平面完全包含B平面。
②B平面中设置3个MARK点，其中MARKORG＝B平面坐标原点标记，MARKXMAX＝B平面X轴坐标最大值标记，MARKYMAX＝B平面Y轴坐标最大值标记，这3个MARK点定义了激光标线显示面XY坐标系的范围。
③A平面DMD数字微镜成像器件镜面中任意1个像素点经光学成像镜头投影到B平面后会得到唯一的B平面实际成像坐标值(XBPIXEL,YBPIXEL),该像素B平面坐标值被高分辨率工业相机检测读取得到对应的C平面坐标(XCPIXEL,YCPIXEL),并传送给DLP激光标线装置。
④根据DMD数字微镜成像器件镜面的X轴像素最大值DLPXMAX和Y轴像素最大值DLPYMAX，逐点依次点亮N个像素点(N＝DLPXMAX*DLPYMAX)，相机读取到N个像素点的C平面坐标(XCPIXEL，YCPIXEL)N并传送给DLP激光标线装置，标线装置生成包含DMD微镜所有像素点的C平面坐标数据，该数据为包含N个元素的2维数组。
⑤高分辨率工业相机读取3个MARK点的C平面成像坐标(XCORG，YCORG)、(XCXMAX，YCXMAX)、(XCYMAX，YCYMAX)数据并传送给DLP激光标线装置。
⑥DLP激光标线装置根据上述数据计算出DMD数字微镜镜面A平面中每一个像素点在激光标线显示B平面上的实际成像坐标值(XBPIXEL，YBPIXEL)。
计算公式如下：
XBPIXEL＝(XCPIXEL×LXCMAX)/(XCXMAX-XCORG)
YBPIXEL＝(YCPIXEL×LYCMAX)/(YCXMAX-YCORG)
其中：
LXCMAX＝C平面中标记点MARKXMAX至标记点MARKORG之间的X轴实际距离
LYCMAX＝C平面中标记点MARKYMAX至标记点MARKORG之间的Y轴实际距离
⑦N个像素点的B平面实际成像坐标值(XBPIXEL，YBPIXEL)N数组保存在DLP激光标线装置中，当装置接收到轮胎成型机主控制器(PLC或工控机)发来的现场总线命令数据后，就可以根据(XBPIXEL，YBPIXEL)N数组选定需要点亮的DMD微镜像素点，形成A平面的DMD微镜面原始图像，再经光学成像镜头投影到轮胎成型机工作面上，显示出准确的激光标线图像。
本发明提出的基于DLP器件的轮胎成型机用激光标线校准方法，克服了原有的机械传动式激光标线装置的校准方法的技术缺陷，具体如下：
①原有方法需要安装人员根据轮胎成型机对激光标线装置定位宽度数组元素数目N的工艺要求，现场测量出成型机工作面内激光标线的N个实际定位宽度L数值，安装人员现场手工测量的数据量较大，手工测量的人为因素很难保证数据准确度和数据精度，新方法只需要安装人员手工安装3个MARK标志(MARKORG，MARKXMAX，MARKYMAX)，并且只需要安装人员手工测量2个数据(LXCMAX，LYCMAX),校准工作由激光标线装置和高分辨率工业相机自动完成，极大地降低了安装人员现场手工测量的数据量，同时也极大地降低了人为因素导致校准数据错误的发生几率，新方法可以保证数据准确度和数据精度。
②原有方法需要安装人员现场根据校准值ΔL[N]列表数组修改轮胎成型机主控制器(PLC或工控机)程序，为了实现校准激光标线装置定位宽度的功能，每一台轮胎成型机主控制器程序都必须在安装现场修改，加大了设备安装和后期维修保养的难度，新方法的实际成像坐标值(XBPIXEL，YBPIXEL)N数组保存在DLP激光标线装置中，实现了激光标线装置自我校准功能，不需要修改轮胎成型机主控制器程序，降低了设备安装和后期维修保养的难度。
③原有方法因为机械传动机构长期运行存在磨损问题，会造成工作面内激光标线的实际定位宽度LA数值发生改变，需要定期进行校准，存在费工费时的问题，直接影响轮胎成型机的生产效率，新方法没有机械传动机构，不存在磨损问题，只要不更改安装位置，基本上不需要定期校准，保证了轮胎成型机的生产效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于DLP器件的轮胎成型机用激光标线装置，其特征在于:包括主控CPU控制单元、DLP数字控制单元、红绿蓝三基色激光电源、红绿蓝三基色激光灯、DMD数字微镜成像单元、光学投影成像镜头以及多路输出直流稳压电源；
所述主CPU控制单元用于接收轮胎成型机主控制器发来的现场总线命令数据，并根据该命令数据计算出激光标线的投影图案数字视频原始数据；
所述DLP数字控制单元用于接收主CPU控制单元的数字视频原始数据，生成DMD数字微镜成像单元所需要的数据信号和控制信号，并驱动DMD数字微镜成像单元工作，同时DLP数字控制单元还用于控制所述红绿蓝三基色激光电源的输出状态，驱动所述红绿蓝三基色激光灯工作，在所述DMD数字微镜成像单元上显示出高清晰度的数字视频原始图像；
所述光学投影成像镜头用于接收DMD数字微镜成像单元的数字视频原始图像并生产所需要的投影图案，输出到轮胎成型机的工作面上；
所述多路输出直流稳压电源用于为主控CPU控制单元、DLP数字控制单元、红绿蓝三基色激光电源、DMD数字微镜成像单元分别供电。
2.根据权利要求1所述的基于DLP器件的轮胎成型机用激光标线装置，其特征在于:所述DLP数字控制单元由主控制器和从控制器构成，每个控制器各独自配置并行闪存，主控制器和从控制器共同生成所述DMD数字微镜成像单元所需要的数据信号和控制信号。
3.一种基于DLP器件的轮胎成型机用激光标线校准方法，其特征在于：包括以下步骤：①将上述权利要求1和2的激光标线装置安装在轮胎成型机工作面上方的龙门架位置，通过调整装置的安装固定螺栓来保证激光标线装置与成型机工作面之间的机械平行度；
②将高分辨率工业相机安装在轮胎成型机工作面上方的龙门架位置，通过调整相机的安装固定螺栓来保证高分辨率工业相机与成型机工作面之间的机械平行度；
③激光标线装置上电，装置自检完毕后，在轮胎成型机工作面上投射出3条平行的激光标线，通过调整装置的光学投影镜头来保证3条激光标线的成像清晰度；
④安装人员在轮胎成型机工作面安装3个MARK点，其中MARKORG＝轮胎成型机工作面坐标原点标记，MARKXMAX＝轮胎成型机工作面X轴坐标最大值标记，MARKYMAX＝轮胎成型机工作面Y轴坐标最大值标记；
⑤高分辨率工业相机上电，安装人员按下激光标线装置的校准按钮，标线装置进入自动校准状态，根据DMD器件的数字微镜成像平面的X轴像素最大值DLPXMAX和Y轴像素最大值DLPYMAX，逐点依次点亮N个像素点(N＝DLPXMAX*DLPYMAX)，其间每点亮1个像素点后，标线装置就会由通讯电缆给高分辨率工业相机发送捕捉命令，高分辨率工业相机会将该像素点的成像坐标(XCPIXEL，YCPIXEL)回传给标线装置；
⑥自动校准状态结束后，激光标线装置会收到数字微镜成像平面N个像素点(N＝DLPXMAX*DLPYMAX)的成像坐标(XCPIXEL，YCPIXEL)数据，该数据为包含N个元素的2维数组，激光标线装置会收到3个MARK点的成像坐标(XCORG，YCORG)、(XCXMAX，YCXMAX)、(XCYMAX，YCYMAX)数据，标线装置会根据上述数值自动计算出每一个数字微镜成像平面像素点在轮胎成型机工作面上的实际成像坐标(XBPIXEL，YBPIXEL)；
⑦将N个实际成像坐标(XBPIXEL，YBPIXEL)N保存在DLP激光标线装置中，当装置接收到轮胎成型机主控制器发来的现场总线命令数据后，就可以根据(XBPIXEL，YBPIXEL)N数组选定需要点亮的DMD微镜像素点，形成DMD微镜面原始图像，再经光学成像镜头投影到轮胎成型机工作面上，显示出准确的激光标线图像。
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